Шарнирная муфта

Шарнирная (карданная) муфта соединяет валы, оси которых пересекаются под углом до 45°. По ГОСТ 5147-97 такие муфты передают номинальный момент от 11,2 до 1120 Н·м и выпускаются под валы диаметром от 8 до 42 мм.

Муфта состоит из двух вилок, закреплённых на концах валов, и крестовины между ними. Вилки поворачиваются на шипах крестовины в двух перпендикулярных плоскостях — поэтому ведомый вал может вращаться под углом к ведущему.

Одинарная шарнирная муфта компенсирует только угловое смещение. Параллельный сдвиг осей она не выбирает: для этого нужна сдвоенная муфта с промежуточным звеном.

Шарнирные муфты бывают одинарные и сдвоенные — они различаются тем, какое смещение валов выбирают.

Муфты Олдема, сильфонные и балочные тоже компенсируют несоосность, но шарнирными не являются: у них нет крестовины и вилок, а угловое смещение они выбирают в пределах нескольких градусов, а не десятков.

Карданная муфта — другое название шарнирной: кардан — это и есть шарнир из двух вилок и крестовины. Одинарные и сдвоенные карданные муфты — те же изделия, что описаны в ГОСТ 5147-97.

Под словом «кардан» встречаются ещё два изделия, которые к этому стандарту не относятся:

• Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) — автомобильный узел, где вместо крестовины работают шарики. Он вращает ведомый вал равномерно при любом угле, но это отдельный класс изделий со своими нормами.
• Карданный вал — два шарнира на концах трубы, часто телескопической. Передаёт большие моменты в транспортной технике и тяжёлых приводах, подбирается по своим стандартам и каталогам.

Шарнирные муфты по ГОСТ 5147-97 рассчитаны на моменты до 1120 Н·м, поэтому их ставят в лёгких и средних приводах, где валы стоят под углом друг к другу.

Тяжёлые приводы — прокатные станы, горные машины, мощные конвейеры — используют карданные валы и шпиндели, рассчитанные на моменты многократно выше 1120 Н·м. Это отдельный класс изделий, ГОСТ 5147-97 на них не распространяется.

Одинарный шарнир передаёт вращение неравномерно: при постоянной скорости ведущего вала ведомый дважды за оборот то обгоняет его, то отстаёт.

Неравномерность растёт с углом. При малых углах она почти незаметна, при 30–45° даёт вибрацию и переменную нагрузку на подшипники и зубчатые передачи привода.

Сдвоенная муфта снимает неравномерность при двух условиях: вилки промежуточного звена лежат в одной плоскости, а углы на обоих шарнирах равны. Тогда второй шарнир компенсирует неравномерность первого, и ведомый вал вращается равномерно.

Если при сборке промежуточное звено развернули на 90° или поставили шарниры под разными углами, неравномерность не гасится, а усиливается. Это одна из частых причин вибрации после ремонта привода.

Шарнирная муфта изнашивается в первую очередь в шарнирах: шипы крестовины и отверстия вилок работают с трением, и зазор между ними растёт.

ГОСТ 5147-97 «Муфты шарнирные. Параметры, конструкция и размеры» — межгосударственный стандарт, действует с 1 января 2002 года взамен ГОСТ 5147-80.

Стандарт задаёт типоразмерный ряд шарнирных муфт: номинальный момент от 11,2 до 1120 Н·м, наибольший угол между осями валов — 45°. Для каждого типоразмера в нём приведены размеры, по которым подбирают замену снятой муфте.

Автомобильные карданные передачи и ШРУСы этот стандарт не регулирует — это отдельные изделия со своими нормами.

В зарубежных каталогах шарнирные муфты часто обозначают по DIN 808. Назначение у них то же, но размеры могут не совпадать: при замене сверяют присоединительные размеры, а не номер стандарта.